康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	智能型柴油发电机组远程监控系统

 

摘要：云计算是继PC、互联网之后信息技术发展的最新趋势。以云计算为重要支撑的云服务正为柴油发电机用户带来更加简单方便的信息应用方式。移动互联网终端和数量的加速增长，伴随而来的是移动互联网上的云服务需求日益凸现，而移动宽带覆盖和网络云服务的在柴油发电机功能上实现成为可能。所谓云计算，是柴油发电机供电系统分布式处理、并行处理、网格计算、网格存储及大数据中心的进一步发展和商业实现，基本原理是将数据计算分布在互联网的大规模服务器上，而非本地计算机或远程服务器中，数据中心的运行与互联网相似，用户根据需求访问计算机和存储系统。

 

一、柴发自动化装置的优点

 

      云服务具备可靠和安全的云端数据存储；开放的云端软件开发和大量软件服务；云端与终端设备的自动同步，不必下载软件，软件可以动态升级；无所不在、无限强大的云计算，基于云端的大规模服务器集群物理位置与用户无关，用户只需通过互联网登录即用，十分方便，服务器集群相互协作，计算能力将远超过任何个人计算机；终端硬件配置需求降低。只要终端通过浏览器软件打开云端网站，就可使用云端提供的服务。

1、移动云服务的特点

      移动云服务是通过移动互联网来将服务从云端推送到终端的一种云服务。而移动互联网是将移动通信设备和传统互联网两者结合起来的互联网络，因移动终端与传统互联网终端的差异性，使得移动云服务具备了一些新特点。

（1）永远在线的便捷服务

      移动云服务终端设备一般较为轻便，具有高便携性，其以远高于传统互联网终端的使用时间与用户体感直接接触。这个特点决定了移动云服务可以实现24h的贴身服务，并且移动云服务的获取远比传统云服务方便。

（2）绑定移动终端的隐私性

      移动云服务中终端用户的隐私性要求远高于传统云服务用户，其决定了移动互联网数据共享时既要保障认证客户的有效性，又要保证信息的安全性。这是不同于传统互联网公开透明的特点。

（3）能实现传统云服务在移动互联网的扩展应用

      通过移动通信网络，移动终端可以访问传统互联网信息，这就决定了传统云服务可扩展到移动云服务中。

2、五遥自动化系统

      “五遥”是柴油发电机组自动化遥测、遥信、遥控、遥调和遥视的简称。云监控通信模块是一种4G版本数据通信采集模块，主要功能是采用无线方式将柴油发电机组控制器连入互联网，无需敷设专用通信线路。有4G网络的地方，均可通过手机App和电脑PC端远程实时监控发电机网，实现远程控制发电机组、远程数据监控、远程故障诊断、发电机组位置GPS实时定位以及保养维护管理等功能。模块登录云服务器后，云服务器将传送相应的柴油发电机组控制器通信协议到模块。云监控模块可通过RS485接口连接到发电机组进行数据读取和写入操作。五遥自动化系统具有诸多特点：

（1）可通过4G无线网络与云服务器连接，一个云监控模块监控一台柴油发电机组。

（2）具备和多种发电机组控制模块进行通信的接口，如RS485和USB（Host），可监控国际一流品牌的大多数柴油发电机组控制模块。

（3）安全可靠。DTU模块采用加密的网络数据通信协议定时上传发电机组数据，当网络不稳定时可自动重连，保证数据传输不丢包。

（4）费用低廉。采用专业压缩算法，流量消耗比传统JSON格式数据减少70%以上，大大减少了网络流量。

（5）方便易用。系统采用阿里云服务器，系统软件安装在服务器上，无需单独安装控制软件，能上网的电脑均可使用，而手机或平板电脑通过安装APP应用程序即可使用。

（6）友好的人机界面。通过设备列表可实时了解所有发电机组的运行状态。第八，通过视频监控让现场发电机组如同近在咫尺。

（7）采用原装进口ARM32位单片机，具有处理速度快、系统集成度高以及扩展能力强的特点。

（8）模块具有GPS定位和基站定位功能，可获取发电机组的位置信息，实现发电机组实时定位，图5为系统的电子地图界面。

（9）优秀的扩展功能。不仅可根据用户需要接入环境监测模块和门禁模块等，还可以扩展检测环境温度、环境湿度、一氧化碳浓度以及门禁状态等。

（10）黑匣子功能。可通过发电机组故障发生时的历史曲线图查询数据明细，为维护人员判断故障提供依据，以便准确定位分析故障原因，为检修做好准备，节省维护时间。

（11）维修保养管理功能。可将每次维修保养情况录入系统，并可查询指定时间段的维修保养记录，方便客户管理维护保养成本。

（12）运行统计功能。可通过本系统查询指定时间段发电机组运行数据，如开机时间、停机时间、负载功率、电压以及电流等数据，并可导出EXCEL报表。

 

二、柴发自动化装置的组成

 

      云服务是指采用云计算技术的大规模服务器集群（云端）为用户提供不必下载、不必安装、上网即用、操作方便、功能丰富、价格低廉的互联网服务。在云计算时代，在云端有专业人员对数据、平台、软件进行维护，而用户只需在浏览器中键入应用的网址，登录后即可在浏览器中做以前在个人电脑上所做的一切事情。

      移动云服务的柴油发电机组远程监控系统组成如图1所示。系统由柴油发电机组、柴油发电机组状态监测各类传感器、柴油发电机组控制器、嵌入式系统为基础的数据采集终端、GPRS无线数传模块、天线模块、服务器、监控系统平台等组成。一是实现远程后台与现场系统间的通信和数据交互，进而完成基本的远程测控功能；二是建立易于随时随地访问、便于数据处理、服务业务拓展的后台服务系统，以及建立或选择相适应的运行环境平台。

      采用无线传输方式接入互联网，可以远程实时监控柴油发电机组：可以对发电机相（线）电压、电流、频率、转速、功率、温度、压力等情况进行实时监控。对过速、油压低、水温高、过电压、欠电压、过频、欠频、过电流、短路、启动等故障能实时报警。可通过对柴油发电机组输出电压及频率与设定值的比较进行自动调节，能自动维持柴油发电机组的准启动状态，能实现柴油发电机组的急起、自起，能实现柴油发电机组与市电的自动切换、柴油发电机组运行状况、燃油状况、市电状况等，发送短信通知相关维护人员，实现了柴油发电机组的全方位维护保养管理和发电量管理。特别是在日常维护管理中，监控人员根据手机收到的实时监控的故障或告警信息（机油压力、水箱温度、燃油量、发电电压）及时汇报并处理，保障柴油发电机组始终处于良好的运行状态。

     引入移动互联网的交互式访问模式利用移动终端接入的便捷性，可以让系统在任何时间、任何地点获取监控信息和系统服务。手机作为移动互联网的接入终端，在无线通信网络覆盖的区域，可以便捷地接入系统进行访问，采用Web访问形式，手机通过Web方式获取云端服务只需手机端有合适EB浏览器即可，云端的交互通过网页的形式被手机获取，利用浏览器的输入框、按钮等控件，用户完成与服务器的交互过程。另外，Web访问形式对系统的扩展约束较小，当服务器端添加新的功能、增加新的业务逻辑时，整个系统只需要在服务器端增加相应的Web页面即可，而不需要手机端进行复杂的更新操作，当用户再次通过手机浏览器接入系统时即可访问更新后的系统服务。

 

图1 柴油发电机组远程监控系统原理示意图

图2  柴油发电机组云监控通信模块

 

三、 通信与数据交互

 

1、核心功能

      核心功能为数据的上传与下联，以及不同通信方式间的协议转换。具体功能和任务包括：

（1）下联功能。

      兼容多种柴油发电机组现场总线或点对点的通信方式，实时获取现场被监控对象的运行数据及操作记录的功能，实时下发远程控制与操作命令的功能。

（2）上传功能。

      采用适于柴油发电机组远程后台系统连接的多种广域通信方式，实现现场数据的数据包转发、协议转换以及网络互连等功能。

（3）适当的数据管理功能与控制逻辑功能。

      如柴油发电机组控制操作的安全处理逻辑、普通数据与报警数据的分级转发管理、报警数据的过滤规则等。

（4）友好性拓展功能。

      如柴油发电机组任务提醒、告警提示的信道拓展，现场管理系统的网络互连等。

2、系统的监控

      系统的监控对象，一般包括柴油发电机组及其智能管理模块、机房环境及配套设备。其主要的监控参数包括：

（1）对于柴油发电机组机房环境。

      柴油发电机组运行环境温湿度及其报警设置与输出，柴油发电机组运行环境的烟感、门禁和水淹等数据。

（2）对于柴油发电机组及其智能管理模块。

      （通过智能管理模块获得的）柴油发电机组运行状态（开／关机）、柴油发电机组运行模式（手动或自动）、以及各项运行数据（转速、油温、油压、电压、电流、功率因数、负载变化等）；运行参数及状态的设置及设置记录；报警数据与报警记录；故障数据与故障记录；维护保养记录与维护保养提醒等。

3、模块的数据管理功能

      模块的数据管理功能应能满足上述数据内容中的不同类型需求：

（1）区分状态信息、设置信息、操作（包括运行操作和维护操作）信息，区分开关量、模拟量，建立适合的数据结构，同时具有相应的信息项增减接口或界面。

（2）在满足可检索性前提下，满足部分数据的短期历史性需求，提供一定的短期跟踪性逻辑（如门限监控、有效平均等）。

（3）具有相应的数据访问权限管理功能，突出强调其下传输出的控制信息的安全管理。

4、多种通信接口能力

      上传通信及下传通信均通过GPRS无线数传模块，即内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Mo-dem，具有完备的电源管理系统，标准的串行数据接口，具备针对不同数据实时性和安全性需求的上层通信管理能力和广域网互连能力。考虑适应不同的工作现场，具备工业现场总线接口及点对点通信接口，同时应支持业内使用较广的MODBUS等上层协议，具备基于TCP/IP的局域网互连RJ45接口。

 

图3  柴油发电机通讯协议模块控制图

图4  柴油发电机多分段、多电网、复杂应用

 

四、远程数据管理与服务

 

1、基于数据管理的测控功能

      主要面向汇集后的柴油发电机组运行数据的存储、查询、呈现、访问以及现场数据的门限设置等传统的管理功能，配合售后服务业务，建立设备维修、维护的管理系统。

2、基于数据挖掘的服务提升功能

（1）在柴油发电机组传统数据管理功能之上，通过数据的积累和挖掘，为服务内容的拓展提供数据基础和操作平台。

（2）对于发电机等生产厂商，提供定期维护提醒，功能性失效及故障预测，故障原因分析与排障支持，配件产能预判等支持。

（3）对于发电设备的运营客户，提供负载跟踪、运行参数优化支持、备件管理和维护指导等服务。

3、数据管理与服务平台

      应在满足功能性需求的基础上，突出强调通信性能（数据可靠性、实时性）、终端的广泛分布性、网络容量和功能模块的可扩充能力，不建议企业自建后台服务系统。软件升级及功能模块的扩展支持能力。

 

五、技术框架及其关键技术

 

1、系统的基本布局

      系统的基本布局分为两个部分：

（1）以嵌入式系统为基础的数据采集终端，配置在柴油发电机组的各个应用现场，通过无线数传模块实现现场与远程后台的网络连接和数据互连。

（2）以数据库为基础的软件系统，通过服务器系统，可以遍布于任何地点数据访问与操作管理系统，实现汇总后数据的各种处理，形成处理后数据的访问和操纵界面。

2、系统架构模式

      依照对上述功能实现的支持程度差异，以及系统架构的技术实现方式上的不同，在广域网环境下，存在以下可选择的系统架构模式。基于GPRS的数据传输信道和后台数据处理结果发布方式，在以下架构中的工作模式基本相同；现场终端的下连架构相同；后台的处理内容具有相同的弹性。

（1）现场终端下连

① 下连采用以MODBUS为默认协议的业内标准化通信（对应不同通信连接分别采用MODB-US-RTU、MODBUS-TCP等），通过RS232远传、诸如RS485等现场总线、工业以太网等通信连接方式，建立与具有数据通信功能的被监控对象间的数据信道。

② 针对不具备数据通信功能的被监控对象（如某些电源模块），通过扩充模块，实时获取对象参数数据、安全输出对象控制输入。

③ 相对于被监控对象，现场终端既是TCP-Server或TCP-Client（具体取决于被监控对象在现场以太网中的角色），又是总线网络的控制器和测控扩展模块的调度器。

④ 针对系统整体架构下现场终端的功能定位，承担网络路由、协议转换、Web访问服务、MA运行等不同任务。

（2）现场终端与远程服务的架构

      基于云平台和移动代理的智能架构，在该架构中，现场模块主要完成对被监控对象数据的获取和控制输出，并具有一定的数据管理功能。现场模块作为webserver，支持包括以Web文本挖掘为主要功能的后台数据前置机以及其他广域网上合法客户端在内的webclient的随时访问；前台数据前置机及应用服务器作为DBclient操纵数据库；后台应用服务器对数据进行加工处理，其结果提供给后台局域网客户进行访问，并经过Web服务器，为外部广域网客户提供浏览访问服务，同时支持MA的运行；MA作为功能性智能体，主要面向设置性任务、控制性任务的完成，也可取代Web服务，进行常规数据的定期传递。

 

总结：

      康明斯云计算远程监控管理系统安装在应急柴油发电机上，可以通过实时数据监控发电机的性能分析指标。远程监控技术可以检测到发电机组运转环境如柴油、机油不足、电源故障等问题，有可能造成发电机组不能正常运行，甚至烧毁发电机组时，康明斯云计算远程监控管理系统向用户发现紧急预警，解决掉大部分可避免的问题。用户可以及时采取相应的措施。该方案具有技术上的先进性，更主要的是适于集监测控制于一体的网络化应用，云平台的架构，可有效应对分布范围更广的现场终端的服务响应，有效解决后台服务其系统的多机集成、任务优化分配、数据挖掘提升功能的扩充；智能体技术，不仅具有网络带宽小、配置灵活的技术优势，更为逐步开展的涉及现场终端、现场被监控对象的售后服务内容的拓展，奠定了技术基础。

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